不同型号GNSS接收机短基线检定实验研究

部晨光，付子傲

(信息工程大学 地理空间信息学院，河南 郑州 450000)

不同型号GNSS接收机短基线检定实验研究

部晨光，付子傲

(信息工程大学 地理空间信息学院，河南 郑州 450000)

全球卫星导航系统(GNSS)以其全天候、操作简便、高精度等优点在测绘、航空、地质勘察、环境监测与保护等领域得到了广泛应用。为提高GNSS接收机检定设备的利用率和检定工作的效率，也为测量工作中提高GNSS接收机的使用效率提供可靠依据，文中设计了不同型号的GNSS接收机与相同型号GNSS接收机联合检测和联合数据处理的实验。实验证明，不同型号GNSS接收机联合检测具有可行性。

GNSS；联合检测；短基线；天线相位中心；RINEX文件

GNSS技术已成为大地坐标系统建立与维护、基础地理信息获取与更新的重要技术手段。近些年来，国内外GNSS测量仪器的种类、型号不断增加，目前常见的接收机生产厂家有美国的Trimble、Ashteh，瑞士的Leica，日本的Topcon、Sokkia，法国的Thales，还有国内的接收机生产厂家，例如南方、中海达、合众思壮、华测等公司。仪器种类的不断增加，也推动了GNSS技术的广泛应用。

GNSS接收机的检定是为了确定接收机计量性能是否符合规定的要求。检定项目中短基线测距误差的检测十分重要，但由于GNSS接收机种类、型号的不断增加，在检定过程中有时无法匹配相同型号的接收机进行静态同步观测。为验证不同型号GNSS接收机联合测量及解算的精度结果是否满足检定要求，在考虑到不同型号仪器天线相位中心及其改正模型不同，观测数据类型不同，处理软件不同等情况，可能造成不同型号接收机检测结果的差异，设计并进行实验。

1 联合检测实验

1.1 实验仪器与场地

实验仪器选择：实验选择测量工作中常见厂家的仪器，Trimble公司的5700，Topcon公司的Hiper GD，Leica公司的SR530。

接收机参数设置：数据采样间隔15 s，卫星截止高度角15°，天线高均量取至接收机天线座底部。

实验场地选择：GNSS短基线检定场。选择该基线场中相互通视的JB1、E10、C0 3个点进行观测，以方便使用高精度测距仪测量其基线长度，所选的3个点均具有强制对中装置，且不受强磁场、电场、强震的干扰，天线周围高度角10°以上无障碍物。3条基线的标准值如表1所示。

表1 基线标准值

1.2 实验准备与安排

实验分为两组，两天进行。实验1(第1天进行)为相同型号GNSS接收机联合观测，选用3台5700进行同步观测；实验2(第2天进行)为不同型号GNSS接收机联合观测，分别使用3台不同厂家的接收机进行同步观测。

为保证观测数据解算的需要以及测量重复性的验证，两组实验分别安排了6个时段进行观测，要求每个时段起止时间相同，观测时间均超过1 h，观测卫星数量多于5颗，PDOP值小于6.0。

时段安排：第1时段9:30-10:30，第2时段10:50-12:00，第3时段12:20-13:20，第4时段13:30-14:30，第5时段14:40-15:40，第6时段15:50-16:50。

1.3 实验数据采集

实验1：相同型号GNSS接收机联合观测。使用3台5700进行同步观测，观测时基座精确整平，多次量取天线高取平均值，同时开机进行静态同步观测。记录观测日期，各时段起始时间，仪器型号，天线号，天线高。

实验2：不同型号GNSS接收机联合观测。使用3台不同厂家的仪器(见表2)进行同步观测，观测时基座精确整平，多次量取天线高取平均值，同时开机进行静态同步观测。记录观测日期，各时段起始时间，仪器型号，天线号，天线高。

表2 点号与仪器

2 数据处理与分析

2.1 数据传输与格式转换

将检测仪器用其配套软件进行静态数据传输，并将不同类型的数据文件转换为标准的RINEX文件，以RINEX文件为桥梁，进行联合解算。在数据格式转换过程中注意RINEX格式文件的版本是否相同，在使用Trimble公司的Convert To RINEX软件进行数据转换时，应选择Leica公司的数据理软件LGO可以识别的RINEX v2.10版本进行转换。各型号仪器对应处理软件见表3。

表3 各型号仪器对应处理软件

2.2 设置天线类型

天线高是指天线相位中心至测站标识顶面的垂直距离，通常分为上下两端，上端是从相位中心至天线约定位置，这是生产厂家给出的常数，下端是天线约定位置到测站中心标志面的高度，由测量员现场量取。外业观测量取天线高后，内业利用LGO，TBC，Topcon Tool等软件进行数据后处理时，天线相位中心高度应在所量取天线高的基础上加上L1、L2相位垂直偏差及瞬时相位中心改正。

选择正确的天线类型，以及自定义新的天线类型并输入相应的参数是不同型号GNSS接收机观测数据联合处理的关键。不同型号接收机的观测数据导入数据后处理软件，在解算前需要修改天线高及其相关模型。Trimble公司的TBC软件的检查更新模块中，选择 “Trimble GPS Configuration Files Utility”选项，可下载新的或更新GPS天线数据和接收机数据；Leica公司的LGO软件和Topcon公司的Topcon Tool软件都有自动和手动两种导入天线参数的方法。本文以LGO软件为例，以NGS网站发布的天线相位中心改正参数作为自定义新天线类型的参考依据，简要介绍LGO软件自动和手动两种导入天线参数的方法。

2.2.1 自动导入天线参数

首先登陆NGS网站(http://www.ngs.noaa.

gov/ANTCAL/)查阅各型号接收机的天线参数改正模型，选择接收机生产厂家，找到所需的天线型号，再点击天线文件“ANTEX”(ANTEX为新版天线格式文件，ANTINFO为旧版天线格式文件，LGO软件仅接受新版天线文件)，复制内容并粘贴到记事本内，另存为一个以“.DOME”为后缀名的文件；打开LGO软件，在“天线管理”模块中右键“天线”点击“输入天线”，选择前面保存好的DOME天线参数文件，点击“打开”完成天线定义。

2.2.2 手动新建天线参数

首先打开LGO软件，在“天线管理”模块右键“天线”点击“新建”；打开下载好的参数文件，输入天线的主要参数，“TYPE/SERIAL NO”为天线的名称，“G01 START OF FREQUENCY”为L1位相中心的偏差参数，“G02 START OF FREQUENCY”为L2位相中心的偏差参数，从左到右依次为北方向偏差量、东方向偏差量、垂直方向偏差量，单位为毫米。把这些参数输入到软件，完成后对应的天线就会出现在“天线管理”模块内。

2.3 数据解算

实验1的观测数据使用Trimble公司的数据处理软件TBC进行处理，检测基线结果见表4。

表4 实验1检测基线结果 m

实验2的观测数据先使用各自配套软件转换为测标准RINEX格式，使用Leica公司的LGO软件进行数据处理，处理前输入正确的天线类型参数。检测基线结果见表5。

表5 实验2检测基线结果 m

2.4 结果分析

将已知的短基线网中的3条基线的标准值分别与两实验的解算结果作差，得到基线各时段测量结果的观测误差(见表6)，可以看出两实验各时段的观测误差均在允许范围内，静态测量精度满足标称精度指标要求。实验1基线各时段测量误差整体比实验2的小，基线E10-C0两组实验的测量误差较其它两条基线大，基线JB1-E10两组实验的测量误差较小，由此可推断C0点处可能有干扰存在；从时段来看，两次实验均在时段3时测量误差较小，在时段5、时段6测量误差较大，所以在静态测量时选择合适的时段也是要考虑的问题。

表6 基线各时段解算值与标准值误差 m

为了确定两实验观测数据的精度，根据3条基线各时段的观测结果得到各时段间最大互差(见表7)。可以看出两实验的基线各时段间最大互差相差不大，说明两组实验的解算结果都较为集中，稳定性较好。

表7 基线各时段间最大互差 m

同时利用公式计算出基线的重复性标准差，并对其进行比较分析。计算重复性标准差的公式为

由基线6个时段解算的重复性标准差结果(见表8)可以看出，两组实验静态测量观测结果重复性都符合检测要求，其中实验1中3条基线的重复性标准差均比实验2小，这说明实验1静态测量观测结果离散性较小，重复性较好。

表8 基线重复性标准差 m

3 结 论

1)本文提出了不同型号GNSS接收机进行联合检测和联合数据处理的方法，并通过两组实验证明了此方法的合理性和有效性。不仅解决了单台GNSS接收机的检测问题，而且提高了工作效率，也为GNSS 接收机的检定和测量工作提供了依据。

2)不同厂家GNSS接收机联合数据处理时，将数据转换为标准RINEX文件，数据格式得到了统一，使不同格式的数据在同一种软件上解算成为可能，从两组实验解算结果来看，测量误差均小于限差，结果符合要求。

3)不同型号GNSS接收机测量数据联合解算时，由于有些解算软件并未包含其它厂家仪器的天线参数及改正模型，所以在数据解算前输入正确的天线参数对不同型号接收机数据联合解算也是十分必要的。

4)不同型号GNSS 接收机联合作业与联合数据处理结果的精度还有待通过大量的实例加以统计分析。

[1] 魏灵辉，周利利.不同型号 GPS 接收机联合作业方法探讨[J].地质灾害与环境保护，2009,20(4):114.

[2] 王小瑞，程传录.不同类型GPS接收机天线观测结果分析[J].全球定位系统，2013,38(6):73.

[3] 张健，张惠.GPS接收机检定方法的实验研究[J].计量与测试技术，2009,36(8):37.

[4] 吴志勇.中、长基线检定的GPS接收机精度评定[J].测绘通报，2009(7):67.

[5] 吴正，胡友健，敖敏思,等.GPS天线相位中心改正方法研究[J].地理空间信息，2012,10(6):56.

[6] 李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社，2005:218-234.

[7] 侯金亮，吴风华，王涛.GPS数据格式转换的研究[J].河北联合大学学报(自然科学版)，2014,36(1):51-55.

[8] 孙广军，王景峰，谭国政.不同类型 GPS 接收机联合作业数据处理的关键技术[J].电大理工，2005(5):37-39.

[9] 梁振华，孟凡超.测量型GPS仪器比较[J].北京测绘，2012(5):86-89.

[10] 曹体涛，王铜，罗涛,等.多种GPS天线类型联合观测数据处理方法研究[J].测绘工程，2014,23(7):55-58.

[11] 冯胜涛，刘志广，占伟.RINEX观测数据文件格式及其应用[J].华北地震学，2014,32(1):38-40.

[12] 国家质量技术监督局. 全球定位系统(GPS)测量规范:GB/T 18314-2001[S].北京:中国标准出版社，2001:3-14.

[13] 曹玉明，王坚，张济勇.顾及天线相位中心改正基线解算技术的应用研究[J].测绘通报，2012(增1):36-37.

[14] 国家质量监督检验检疫总局.全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范:JJF 1118-2004[S].北京:中国标准出版社，2004:2-5.

[15] 徐小左.徕卡LGO解算天宝GPS数据的天线定义[J].铁道勘察，2015(2):20-22.

[责任编辑：刘文霞]

Experimental research of short baseline verificationusing different type of GNSS receivers

BU Chenguang, FU Ziao

(School of Geospatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou 450000,China)

The global navigation satellite system (GNSS) with the advantages of all-weather, simple operation, high precision has been widely applied to surveying and mapping, aviation, geological prospecting, environment monitoring and protection, and other fields. Joint verification and data processing between the different type of GNSS receivers and the same type of GNSS receivers are designed in this paper to improve the utilization rate of GNSS receivers test equipment and the efficiency of verification work, which provides a reliable basis for the efficiency of the use of GNSS receivers in measurement. The experimental result shows that the different type of GNSS receivers are feasible for joint verification.

GNSS; joint verification; short baseline; antenna phase center; RINEX file

2016-09-01

部晨光(1989-)，男，助理实验师，硕士.

著录：部晨光，付子傲.不同型号GNSS接收机短基线检定实验研究[J].测绘工程，2017，26(9)：32-35.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.09.007

P228.4

A

1006-7949(2017)09-0032-04